2.3 第3课时 化学反应速率和化学平衡图像（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（鲁教版2019）

第3课时　化学反应速率和化学平衡图像 基础过关练 题组一　化学反应速率~时间图像 1.(经典题)根据v-t图分析外界条件改变对可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH<0的影响。该反应的反应速率与时间的关系如图所示: 在t1、t3、t5、t7时反应都处于平衡状态,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是 (　　) A.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度 B.升高温度、减小压强、增大生成物浓度、使用了催化剂 C.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度 D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂 2.已知:A(g)+2B(g) 3C(g)　ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和2 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.t2时刻改变的条件:向容器中加入A B.平衡时B的体积分数φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ) C.t2~t3反应正向进行 D.平衡时A(g)的物质的量浓度c:c(Ⅰ)>c(Ⅱ) 题组二　浓度~时间图像 3.一定量的CO2和足量碳在刚性密闭容器中发生反应CO2(g)+C(s) 2CO(g),c(CO2)随时间变化如图。下列说法错误的是 (　　) A.T2>T1 B.b点的正反应速率大于逆反应速率 C.c点的正反应速率一定大于a点的正反应速率 D.c点时向容器中再充入少量CO2,反应速率增大 4.在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X(g) 2Y(g)的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图所示,下列说法不正确的是 (　　) A.催化剂Ⅰ、Ⅱ相比,催化剂Ⅰ使反应活化能更低 B.使用催化剂Ⅰ,反应时间为2 min时,X的转化率为50% C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化 D.使用催化剂Ⅱ时,0~2 min内,v(X)=0.5 mol·L-1·min-1 5.(经典题)向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生反应:xA(g)+2B(s) yC(g)　ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。 (1)该反应在0~10 min内的平均反应速率v(A)=　　　　。  (2)根据图像可确定x∶y=　　　　。  (3)0~10 min容器内压强　　　　(填“变大”“不变”或“变小”)。  (4)第10 min引起曲线变化的因素可能是　　　　(填序号,下同);第16 min引起曲线变化的因素可能是　　　　。  ①减压　②增大A的浓度　③增大C的量　④升温　⑤降温　⑥加入催化剂 (5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ的平衡常数为K2,则K1　　　(填 “>”“=”或“<”)K2。  题组三　化学平衡图像 6.已知反应:2CH3COCH3(l) CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3,分别在0 ℃和20 ℃下,测得其转化率随时间变化的关系曲线(α-t曲线)如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的α-t曲线 B.0~20 min内,CH3COCH3的平均反应速率<1 C.升高温度,可缩短反应达到平衡的时间,并能增大CH3COCH3的平衡转化率 D.从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1 7.利用CO制甲醇的反应为2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)。一定条件下,在容积恒定的密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2发生上述反应,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.图中b、c、d三点的化学平衡常数分别为Kb、Kc、Kd,它们的大小关系为Kb=Kd>Kc B.体系中气体平均摩尔质量:(b)>(d) C.不断将甲醇从体系中分离出来能够同时增大正反应速率和提高CO的平衡转化率 D.体系中活化分子百分数:d>c 8.工业上用CO2氧化C2H6制C2H4是化工工业的一个新课题,相关主要化学反应有: Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH1=+177 kJ·mol-1 Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g)　ΔH2=+430 kJ·mol-1 向一密闭容器中通入2 mol C2H6(g)和3 mol CO2(g),乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性(乙烯的选择性=×100%)与温度和压强的关系如图所示。 (1)L1、L2代表不同　 　(填“温度”或“压强”)。  (2)M、P两点正反应速率较大的是　　(填“M”或“P”)点,理由是　　　　　　　　　　。  (3)在X1和L2条件下,达到平衡时容器的体积为1 L,平衡时CO2的物质的量分数为　　　。反应Ⅰ的平衡常数是　　　　mol·L-1。  能力提升练 题组一　借助图像综合考查化学反应速率和化学平衡 1.下列图示与对应的叙述相符的是 (　　) 图1 图2 图3 图4 A.图1表示反应:mA(s)+nB(g) pC(g)　ΔH>0在一定温度下,B的平衡转化率(B%)与压强变化的关系,则x点正反应速率大于逆反应速率 B.图2是可逆反应:A(g)+B(s) C(g)+D(?)　ΔH>0的速率—时间图像,在t1时刻改变的条件只能是加入催化剂 C.图3表示对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),A的百分含量与温度(T)变化的关系,则该反应的ΔH<0 D.图4中阴影部分面积的含义是v正-v逆 2.反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)　ΔH,学习小组针对反应特点与对应的图像展开了讨论,其中不正确的是　 (　　) A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂 D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示反应物的转化率 题组二　化学平衡中数形结合的考查 3.用活性炭还原NO2可减少空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。 图1 图2 下列说法错误的是 (　　) A.图1中的A、B、C三个点中只有C点的v正=v逆 B.图2中E点的v逆小于F点的v正 C.图2中平衡常数K(E)=K(G),则NO2的平衡浓度c(E)=c(G) D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率减小 4.CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程发生下列反应: 反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-58.6 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1 0.5 MPa下,将n(H2)∶n(CO2)=3∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=+99.8 kJ·mol-1 B.曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化 C.图中所示270 ℃时,对应CO2的转化率为21% D.在210~250 ℃之间,CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致 5.利用CO2催化加氢制二甲醚(CH3OCH3)过程中发生的化学反应有: 反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+42 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-50 kJ·mol-1 反应Ⅲ:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-26 kJ·mol-1 回答下列问题: (1)反应Ⅱ的速率方程为v正=k正·p(CO2)·p3(H2),v逆=k逆·p(CH3OH)·p(H2O),其中v正、v逆分别为正、逆反应速率,k正、k逆为速率常数,p为组分的分压。在密闭容器中按一定比例充入H2和CO2,体系中各反应均达到化学平衡。向平衡体系中加入高效催化剂,将 　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同);增大体系压强,k正-k逆的值将　　　　　　。 (2)在一定条件下,保持体积恒定,向同一密闭容器中按=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。 ①图中表示CO的平衡体积分数随温度变化的曲线为　　　　(填“X”或“Y”)。温度从453 K上升至573 K,CO2的平衡转化率变化的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是　　　　　　　　　　。  ②一定温度下,向体积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应,反应经10 min达平衡,CO2的平衡转化率为30%,容器中CO(g)为0.05 mol,CH3OH(g)为0.05 mol。体系的能量变化 为　　　　　　　　kJ, 反应Ⅲ的平衡常数K=　　　　 　　　; 继续向容器中加入0.1 mol CH3OH(g)和0.1 mol H2O(g),此时反应Ⅲ 将　　　　　　(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。  答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.D 2.B 3.C 4.C 6.C 7.A 1.D　t2时正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,应是升高了温度;t4时正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,应是减小了压强;t6时逆反应速率在原有基础上逐渐增大,而正反应速率立即增大,平衡向正反应方向移动,应是增大了反应物的浓度;t8时正、逆反应速率都增大且相等,平衡不移动,应是加入了催化剂;故选D。 名师点睛 常见含“断点”的v-t图像 图像 t1时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低 正反应为放热反应 压强 增大 减小 正反应为气体物质的量增大的反应 图像 t1时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低 正反应为吸热反应 压强 增大 减小 正反应为气体物质的量减小的反应 2.B　t2时刻改变条件后,正反应速率逐渐增大,推测逆反应速率大于正反应速率,则改变的外界条件是向容器中加入C,A错误;该反应是反应前后气体物质的量不变的反应,加入C,反应逆向进行,最终平衡状态Ⅱ与平衡状态Ⅰ互为等效平衡,则平衡时B的体积分数φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ),B正确;由上述分析可知t2时加入生成物C,t2~t3反应逆向进行,C错误;达到平衡状态Ⅱ时A(g)、B(g)的浓度比平衡状态Ⅰ时要大,D错误。 3.C　“先拐先平数值大”,根据图像可知T2>T1,A正确;b点后CO2的浓度继续减小,可知b点反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,B正确;c点温度高,a点反应物浓度大,所以c点正反应速率不一定大于a点的正反应速率,C错误;c点时向容器中再充入少量CO2,反应物浓度增大,反应速率增大,D正确。 4.C　由题图可知,催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,反应更快,A正确。结合化学方程式,由题图可知,0~2 min,a曲线代表的物质浓度的变化量为使用催化剂Ⅰ的曲线代表的物质(Y)浓度变化量的一半,则a曲线表示使用催化剂Ⅰ时X的浓度变化;使用催化剂Ⅰ时,0~2 min,X的浓度变化了4.0 mol·L-1-2.0 mol·L-1=2.0 mol·L-1,X的转化率为×100%=50%,B正确、C错误;使用催化剂Ⅱ时,0~2 min内,Y的浓度变化了2.0 mol·L-1,则v(Y)==1.0 mol·L-1·min-1,v(X)=v(Y)=×1.0 mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1,D正确。 5.答案　(1)0.02 mol·L-1·min-1　(2)1∶2　(3)变大　(4)④⑥　④　(5)> 解析　(1)0~10 min内,v(A)==0.02 mol·L-1·min-1。 (2)根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少0.20 mol·L-1,C的物质的量浓度增加0.40 mol·L-1,故x∶y=1∶2。 (3)该反应是气体分子数增大的反应,容器容积不变,因此0~10 min容器内压强变大。 (4)根据图像可知,10 min时改变条件后,A、C的浓度连续变化且反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;16 min时改变条件后,A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。 (5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,第16 min时改变的条件是升温,则K1>K2。 名师点睛 浓度~时间变化图像的特征 (1)增加(或减小)A的浓度,则A浓度曲线发生突变。 (2)改变压强(压缩或扩大容器体积),各物质的浓度曲线都发生突变。 (3)改变温度,各物质浓度曲线逐渐增大或减小,没有突变。 6.C　其他条件相同时,温度越高,反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,所以曲线b代表20 ℃下CH3COCH3的α-t曲线,曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的α-t曲线,A正确;从图像中可以看出当反应进行到20 min时,b曲线对应的CH3COCH3的转化率高于a曲线对应的CH3COCH3的转化率,说明0~20 min内b曲线对应的平均反应速率较快,所以<1,B正确;温度高,CH3COCH3的平衡转化率低,说明升高温度,CH3COCH3的平衡转化率减小,C错误;根据图像可以看出,当反应进行到66 min时,a、b曲线对应的CH3COCH3的转化率相同,都是0.113,CH3COCH3的起始量相同,所以从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1,D正确。 7.A　根据图示,随温度升高,反应中CO的平衡转化率降低,该反应ΔH<0,b、c、d三点温度大小关系为Tb=Td<Tc,确定反应的K只和温度有关,对于该反应升高温度平衡逆向移动,K减小,故Kb=Kd>Kc,A正确;反应前后气体的总质量不变,CO的转化率越小,体系中气体物质的量越大,所以(b)<(d),B错误;将甲醇从体系中分离,相当于减小生成物的浓度,正反应速率逐渐减小,C错误;c点的温度比d点高,体系中活化分子百分数:c>d,D错误。 8.答案　(1)压强　(2)P　P点的压强和乙烷的浓度均更大,故P点的正反应速率更大　(3)22.2%　0.495 解析　(1)Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大;Ⅰ、Ⅱ均为反应前后气体分子数增加的反应,增大压强,平衡逆向移动,乙烷的平衡转化率减小,由图可知,乙烷的平衡转化率随X增大而增大,则X代表温度,L1、L2代表不同压强。 (2)相同温度下,增大压强,平衡逆向移动,乙烷的平衡转化率减小,则L1<L2;题图中M、P两点温度相同,而P点的压强和乙烷的浓度更大,故P点的正反应速率更大。 (3)在X1和L2条件下,达到平衡时容器的体积为1 L,P点表示乙烷的转化率为50%,则参与反应的乙烷为1 mol,乙烯的选择性为60%,则生成乙烯0.6 mol,发生的反应及物质转化量如下: C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) 转化(mol)　　0.6　　0.6　　0.6　　0.6　　0.6 C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) 转化(mol)　　0.4　　0.8　　1.6　　1.2 平衡时n(C2H6)=1 mol、n(CO2)=3 mol-0.6 mol-0.8 mol=1.6 mol、n(C2H4)=0.6 mol、n(H2O)=0.6 mol、n(CO)=0.6 mol+1.6 mol=2.2 mol、n(H2)=1.2 mol,总物质的量为7.2 mol,平衡时CO2的物质的量分数为×100%≈22.2%,反应Ⅰ的平衡常数是mol·L-1=0.495 mol·L-1。 能力提升练 1.C 2.C 3.C 4.C 1.C　根据题图1,x点没有达到平衡,在等压条件下,需要降低B的转化率,才能达到平衡,反应向逆反应方向进行,即正反应速率小于逆反应速率,A错误;t1时刻只加快反应速率,平衡没有移动,如果D为固体或纯液体,因为B为固态,A、C为气态,且A、C化学计量数相等,所以t1时刻还可能是增大压强,B错误;A为反应物,根据图像,M为平衡点,M点右侧,随温度升高,A%增大,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0,C正确;根据反应速率的定义,阴影部分面积的含义是(v正-v逆)与时间变化的乘积,D错误。 名师点睛 化学反应速率与化学平衡图像题的解题思路 2.C　若p1>p2,联系图①可知,其他条件相同时,增大压强,A的体积分数减小,说明平衡正向移动,则正反应是反应前后气体物质的量减小的反应,所以a+b>c+d,A正确;升高温度,A的平衡转化率减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的平衡转化率不变,说明压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,B正确;图③中,t1时刻改变条件,正、逆反应速率同时增大并且平衡不移动,则改变的条件可能是加入了催化剂,也可能是增大了压强(若该反应为反应前后气体物质的量不变的反应),C错误;由图④可知,T1>T2,升高温度,若ΔH<0,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,与图像不符,所以纵坐标不可能表示反应物的转化率,D正确。 3.C　由反应可知,NO2的生成速率(逆反应速率)是N2的生成速率(正反应速率)的2倍时正、逆反应速率相等,即达到化学平衡,只有C点满足,故A正确;由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强:E<F,所以E点的v逆小于F点的v正,故B正确;由题中信息可知,维持温度不变,即E、G两点温度相同,平衡常数K(E)=K(G),混合气体压强与浓度有关,压强越大,体积越小,浓度越大,所以G点压强大,浓度大,即NO2的平衡浓度:c(E)<c(G),故C错误;在恒温恒容下,向G点平衡体系中充入一定量的NO2,NO2的平衡转化率减小,故D正确。 4.C　由反应Ⅰ-反应Ⅱ得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=(-58.6-41.2) kJ·mol-1=-99.8 kJ·mol-1,A错误。 5.答案　(1)不变　不变 (2)①Y　453 K到553 K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ的正反应为放热反应,随温度升高CO2的平衡转化率下降,553 K到573 K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ的正反应为吸热反应,随温度升高CO2的平衡转化率升高　增大压强　②13　16　正向进行 解析　(1)达到平衡时,正、逆反应速率相等,加入催化剂同等程度改变正、逆反应速率,则不变;k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则增大体系压强,k正-k逆的值将不变。 (2)①随着温度的升高,反应Ⅰ平衡正向移动,故CO的平衡体积分数增大,对应曲线Y。CO2的平衡转化率与反应Ⅰ、Ⅱ有关,升高温度,两个反应的平衡移动方向不一致,在不同温度范围内,CO2的平衡转化率表现不一致。453 K到553 K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ的正反应为放热反应,温度升高CO2的平衡转化率下降;553 K到573 K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ的正反应为吸热反应,温度升高CO2的平衡转化率升高。反应Ⅱ为气体分子数减小的反应,增大压强,反应Ⅱ的平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,同时反应Ⅱ的平衡正向移动使CH3OH(g)的量增多,有利于反应Ⅲ的平衡正向移动,使CH3OCH3的平衡体积分数增大。 ②由题意知,转化的CO2的物质的量为1 mol×30%=0.3 mol,平衡时CO的物质的量为0.05 mol,说明通过反应Ⅰ转化的CO2为0.05 mol,则通过反应Ⅱ转化的CO2为0.25 mol,故反应Ⅱ生成CH3OH为0.25 mol,又平衡时CH3OH为0.05 mol,说明有0.2 mol CH3OH通过反应Ⅲ转化为CH3OCH3,列式如下: 　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 转化/mol　　0.05　　0.05　　0.05　　0.05 平衡/mol　　　　　　0.05 　　　　　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 转化/mol　　0.25　　0.75　　0.25　　0.25 平衡/mol　　　　　　0.05 　　　　　2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) 转化/mol　　0.2　　0.1　　0.1 平衡/mol　　0.05　　0.1 体系吸收42 kJ·mol-1×0.05 mol=2.1 kJ能量,体系放出50 kJ·mol-1×0.25 mol+26 kJ·mol-1×0.1 mol=15.1 kJ能量,体系放出能量为15.1 kJ-2.1 kJ=13 kJ;根据分析知,生成0.4 mol H2O(g),反应Ⅲ的平衡常数K==16;再加入0.1 mol CH3OH、0.1 mol H2O,此时Q=≈2.22<K,平衡向正向进行。 19 学科网（北京）股份有限公司 $$